王丽红1,王启田2,王开章1,3
(1.山东农业大学资源与环境学院,山东泰安271018;2.山东水利职业学院,山东日照276826;3.山东农业大学水利土木学院,山东泰安271018)
[摘 要] 随着饮用水质量标准的提高,水源地安全评价指标体系也应随之完善。从水源地安全的内涵出发,构建了包括水量、质量、脆弱性和生态环境4项一级指标、11项二级指标的地下水饮用水水源地安全评价体系,并提出了相应的分析计算方法,从而为新标准实施后地下水源地安全评价提供了科学依据。
[关键词] 地下水;饮用水水源地;安全;评价指标体系
[中图分类号] P1.8 [文献标识码] A [文章编号] 1004-1184(2007)06-0099-04
[收稿日期] 2007-08-29
[作者简介] 王丽红(1980-),女,山东威海人,在读硕士研究生,主要从事环境监测与评价研究。[通讯作者] 王开章(1949-),男,山东曲阜人,教授,研究方向:地下水资源环境监测与评价。
Research on Evaluation Indices System for Urban Well Field Protection
WANG Li -hong 1,Wang Qi -tian 2,Wang Kai -zhang 3
(1.Colleg e of Reso ur ce and Environment ,Shando ng Agr icultural U niv ersity ,T ai ’an 271018,China; 2.Shando ng Water Poly technic Co llege,Rizhao 276826,China ;3.Colleg e of Water Co nser vancy and Civil Engineering,Shando ng Ag ricultural University,Tai ’an 271018,China)
Abstract :As the improvem ent o f dr inking w ater quality standard ,evaluation indices fo r safety o f drinking w ater w ell field should also be upgraded.Starting fro m safe drinking w ater,this paper pro posed an evaluation indices system for w ell field pr otectio n,including w ater quantity ,quality,vulnerability and eco logical environment ,4items are first grade index ,11are seco nd grade index .T he cor respo nding analytical metho ds are presented.Such a sy stem may pr ovide scientific basis for pro tection o f ur ban drinking w ater w ell fields.
Key words :gro undw ater ;drinking water w ell fields ;safety ;ev aluation indices sy stem 饮用水安全问题是目前社会最为关心的问题之一,而水源地的安全是饮水安全的重中之重。近年来,由于工业化进程的加快,国内很多饮用水水源地周围环境遭到污染,使水源地水质恶化,严重影响到人民群众的身体健康。为保障人民群众健康的需要,卫生部和国家标准化管理委员会对原有的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)进行了修订,2007年7月1日起实施新的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)。新标准中的饮用水水质指标由原标准的35项增至106项,增加了71项。新标准与原标准相比,新标准对水质有机物、微生物和水质消毒等方面提出了更高、更严的要求。新标准的出台,对水源地安全评价提出了更高的要求,如何更加有效地量化水源地安全已迫在眉睫。本文以地下水源地为例,旨在构建一套完善的适应新的生活饮用水卫生标准的水源地安全评价指标体系。
1 水源地安全形势严峻
1.1 水源地水环境恶化
随着我国经济迅速发展,传统经济模式使我国的有限资源不断减少,废弃物逐渐增多,水环境一天天在恶化。全国745个地表水监控断面中,多数达不到Ⅲ类标准。据不完全统计[1,2],目前,我国90%以上的城市水域受到不同程度的污染,流经城市的河流水质78%不符合饮用水水源标准,75%的湖泊富营养化,50%的城区地下水污染严重,近1/3城市人口用水缺乏安全保障。2004年我国在对238座水库的营养状态进行评价结果表明,三分之二的水库处于中营养状态,三分之一的水库处于富营养状态[3]。2005年在对110个环保重点城市的360个集中式饮用水源地的监测结果统计结果表明,水源地水质达标率为80%;河流型
99
2007年11月
第29卷 第6期 地下水
Gr ound w ater N ov.,2007V ol.29 N O.6
1.2 污染种类多样化、复杂化
上世纪80年代水源比较清洁,污染较小,水污染主要是微生物和重金属污染,水处理的主要任务是去除水中浊度与细菌病毒。但随着经济的飞速发展,环境发生重大变化,污染程度远比80年代严重,污染种类也呈现出多样化,复杂化。目前我国水源水质污染主要是有机物污染、人工化合物、农药、内分泌干扰物污染等。因此,新标准中毒理指标由15项增至74项,几乎是原标准的5倍,其中无机化合物由10项增至21项,有机化合物由5项增至53项,是增加项目最多的,反映出有机微污染对饮用水安全的威胁状况。
这些化合物的主要来源是农药和工业污染。为了使农作物免受害虫的侵害,人们过多得使用农药,环境遭受到了污染,虽然如六六六、滴滴涕、乐果等农药已被禁止使用,但早些年使用过的这些农药仍残留在土壤中,短时间内很难降解,致使我国不少地方的水源地农药污染比较严重。此外,从80年代以来,工业得到了前所未有的发展,但大量未达标的废水、废气、废渣也随之排放到环境当中,使水中出现过许多新的污染物,目前在水中已经发现了多种类别的化学污染物,在饮用水中已鉴别出数百种污染物,其中多数为有机化合物。
除了农药和工业污染,其他污染也不可忽视。例如人畜粪便,医院排放的污水以及腐烂的动物尸体等是造成水源地微生物污染的主要来源。
1.3 水源地安全评价现状
关于饮用水水源地安全评价指标体系目前研究较少。水利部和卫生部日前制订了《农村饮水安全卫生评价指标体系》,将农村饮用水分为安全和基本安全两个档次,由水质、水量、方便程度和保证率四项指标进行评价。国家环保总局分别在19年、1996年对全国重点城市饮用水水源进行了保护状况调查,对水质安全进行了评价[5];2006年国家环保总局又进行了全国饮用水水源地环境保护规划,对水源地的环境质量状况和管理状况进行了评价[6];2005年水利部进行了全国城市饮用水水源地安全保障规划,提出了水源地安全评价指标体系,对水源地进行了水量、水质评价[7],这是国内第一个较为完整的城市饮用水水源地安全评价指标体系。
以上这些指标体系在一定程度上能够反映水源地的安全状况,但随着污染种类的增多,原有的这些评价体系不但水质评价考虑的因子跟不上污染的现状,而且还忽略了水源地自身的脆弱性和周围环境对水源地安全的影响,不能全面地反映水源地安全状况。首先,科学技术的进步和工农业的迅速发展促进了人类生活的文明和现代化,与此同时,也加重了有毒有害物质特别是化学物质对水的污染,原有的水质评价中的评价因子已不能保证水源的安全。其次,由于经济发展对水源地系统的过度索取和不友好行为,改变了水环境结构,降低其蓄水、水渗透和水体自净功能。如城市和工业用地的增加使水源地渗透性减少,威胁着水源地水环境。如果水源地自身的脆弱性强,在人类活动的影响下,很容易演化为不安全的水源地。所以,水源地自身的脆弱性直接决定着其安全性。另外,在推进城市化、工业化进程中,一些地区盲目建设大都市和城市群,盲目发展高耗水、高污染的产业,恶化了包括饮用水源保护区在内的城市周边生态环境,有的污染严重的企业建在饮用水水源地附近或保护区内,严重威胁着水源地安全,故生态环境的好坏也是影响水源地安全的一个重要因子。
2 水源地安全的内涵
水源地安全问题通常是指伴随着社会经济的发展和人口的增长,水源地出现了水质污染、水量短缺、水位下降、地面塌陷等环境问题,由此造人体健康状况恶化、人口死亡等问题。由于人类活动影响,使得水源地水量减少,污染加剧,改变了水源地原有的动态平衡,并且降低了水质。并且由于人类的不可持续的社会经济活动,使得水源地降低甚至丧失正常的供水功能,不能满足人们对饮用水的基本需求,危机人体的生命健康。
水源地的安全的内涵涉及到两个方面,一是水源地本身的自然属性,也就是水源地抵御外界干扰的能力,如地下水的含水层厚度,含水层介质、包气带的影响,土壤类型等,这些都会影响外来物质在地下水中的去向;二是水源地安全的社会属性,由于人类活动的影响,水源地相应做出的一些反映,如水质污染,水量短缺,海水入侵等等。
总之,一个安全的水源地在一定的时间尺度内能够维持它的正常供水功能,也能够维持对胁迫的恢复能力。换句话说,安全的水源地应该在具有持续供给能力的基础上具有足够的水量、安全的水质以及较强的环境承载能力,能够保障周边环境处于良好的状态,同
100时能较大限度的满足人们安全饮用水的需要。
3 水源地评价体系的构建与分析
3.1 指标体系的构建
饮用水水源地安全指标的选取是一项具有探索性的工作,涉及到社会、经济、自然等各个方面。本文综合考虑建立指标体系的科学性、系统性、可操作性、定性与定量相结合等原则,从水量、水质、脆弱性和生态环境四个方面分析构建了安全评价指标体系,选取了对水源地安全影响较大的11项二级指标,见表1。
表1 饮用水水源地安全评价体系
水源地安全评价指标体系
一级指标水量评价质量评价脆弱性评价生态环境评价
二级指标供水能力
地下水开
采率
水质评价
污染评价
地下水埋深
净补给
含水层厚度
包气带介质
污染物特征
废水处理率
化肥施用
负荷
3.2 指标体系的分析与计算
3.2.1 水量评价
由于经济的迅猛发展和城市人口的急剧增加,引起了城市水资源的供需矛盾。一般来说城市供水水源保证率应介于90%～97%之间[1],具体情况视其城市规模、城市性质、水资源条件的不同而有所区别。这一指标的评价因子选择工程供水能力进行量化,即:供水能力=现状综合生活供水量÷设计综合生活供水量×100%
水资源虽然是可恢复资源,但不是取之不尽、用之不竭的。过量抽取地下水导致地下水循环系统平衡的破坏,引起各种环境的负效应,如地面沉降、地裂缝、地面塌陷和地下水水质恶化等环境问题[8]。国外一些发达国家也存在着过量开采地下水所带来的一系列问题,如地下水资源的耗竭、咸水入侵含水层储存能力的减低、对地表水的排泄量减少及湿地生态系统的破坏[9]。因此,水源地的开发利用要注意一个“度”的问题。水源地安全开采是指水源地在开发利用过程中及在相应一段时间内未对自然环境、生态环境造成一定的危害或难以恢复的状态。本文采用地下水开采率来量化水源地的开采安全状况,评价标准及对应的指数如表2。计算公式如下:
表2 水量评价指标及标准
评价指标
评价指数及标准
12345
供水能力/%≥95≥90≥80≥70<70地下水开采率/%<85≤100≤115≤130>130安全度安全基本安全不安全
地下水开采率=实际供水量÷可供水量×100%
供水能力指数和地下水开采率指数选其最差的作为水量安全状况指数。
3.2.2 质量评价
本文水源地质量评价包括水质评价和污染评价两个方面。水质评价状况指数由一般污染物指数、有毒污染物指数构成。一般污染物评价的总体原则是选择最差的七项作为优先污染物,必评的四项是总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮,采用单项评价和综合评价相结合,评价标准见《地下水质量标准》(GB/ T14848-93),计算出七项污染物指数的算术平均值作为一般污染物指数;对人体健康危害明显和存在长期危害,而目前饮用水处理工艺难以去除的有毒类,归纳为有毒污染物,挥发性酚类、重金属类中各类至少选择一项,其指数评价采用单因子法,即对最差的项目赋全权。一般污染物指数和有毒污染物指数选其最差的作为水质安全状况指数。
污染评价是依据国家颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)进行全项目分析,分为四类:Ⅰ级未污染:水质均未超过《生活饮用水卫生标准》;
Ⅱ级轻度污染:少于两项因子超过《生活饮用水卫生标准》,但超标强度在10%以内,经过适当处理可供饮用;
Ⅲ级中度污染:多于两项因子超过《生活饮用水卫生标准》,但超标强度在10%以内;
Ⅳ级重度污染:有多于一项因子超过《生活饮用水卫生标准》,但超标强度大于10%;
在上述水源地水质评价和污染评价综合分析的基础上,选择两者最差的作为水水源地质量综合安全指数,指数为1和2的分别为安全、基本安全,其余均为不安全。
3.2.3 脆弱性评价
脆弱性是用来描述相关系统及其组成要素易于受到影响和破坏,并缺乏抗拒干扰、恢复初始状态(自身结构和功能)的能力[10]。20世纪70年代人们就开始了地下水脆弱性研究。地下水脆弱性是指地下水系统在自然条件或(和)人为活动的影响下,产生潜在不良后果的可能性(倾向性)[11]。脆弱性是描述水源地自身属性的一个指标,它与水源地的包气带、含水层特征、地形、气候等因素有关,脆弱性的强度跟水源地安全度成反比。
脆弱性评价采用DRAM IC评价法[12]。该评价方法的评价因子包括地下水埋深(D)、含水层的净补给(R)、含水层岩性(A)、含水层厚度(M)、保气带影响(I)、污染物的影响(C)。计算公式为:
101DRAMIC=5×D+3×R+4×A+2×M+5×I+ 1×C(1)这样计算出DRAST IC值介于20～194之间,评分值越大,脆弱性就越强,水源地就越容易受到污染,其安全程度就越低;相反,评分值越小,脆弱性就越弱,安全程度就越高。笔者将其划分为5个等级如表3。
表3 水源地脆弱性等级划分标准
脆弱指数12345
脆弱分值<90≤115≤140≤165>165
脆弱程度难以污染不易污染较易污染易污染极易污染安全度安全基本安全不安全
3.3.4 生态环境评价
水源地周边的生态环境影响着水源地安全。点源污染和面源污染成为水源地主要生态环境问题之一,并且地下水污染总体呈由点到面的发展趋势[13]。“加强工业和城市污染治理,加强农村面源污染治理”已成为我国当前的重要任务[14]。污废水任意排放[15]、垃圾堆存的降水淋虑[16]、污废水处理设施的渗漏[17]和污水灌溉[18]恶化了水源地周边的生态环境,成为水源地污染的源头。
本文选用工业废水处理率和化肥施用负荷评价因子来反映水源地周边的生态环境状况的好坏,他们分别反映了该区域点源和面源污染治理的程度。工业废水处理率越高,点源污染治理得越好,水源地生态环境状况也就越好,反之越差。化肥施用负荷以每公顷耕地所使用的化肥、农药量来表示农业生产对水源地生态环境的压力状况,化肥施用负荷越小,对生态环境压力越小,越有利于水源地安全。根据国际公认的一些标准值,生态环境评价标准如表4。两者选其最差的作为生态环境安全状况指数。
表4 生态环境等级划分标准
评价指标
评价指数及标准
12345
废水处理/%≥95≥90≥80≥60<60化肥施用负荷/(t/hm2)≤0.25≤0.3≤0.4≤0.5>0.5安全度安全基本安全不安全
3.3 水源地安全等级的划分
饮用水水源地安全分安全、基本安全和不安全三个档次,由水量、质量、脆弱性和生态环境四项指标组成。四项指标中只要有一项是不安全的,水源地就定为不安全,即对最差的指标赋全权。
4 结语
(1)随着社会对饮用水水源地安全关注度的提高和国家饮用水质量标准日趋严格和完善,以往的单纯从水质、水量来考虑水源地是否安全的评价体系已不能全面反映水源地安全状况。为此,本文从水源地安全的内涵出发,构建了以水源地的自然属性和社会属性相结合,由水源地的水量、质量、脆弱性和生态环境四个方面的评价指标体系(4个一级指标、11个二级指标)。
(2)该指标体系在体现水源地水质、水量安全度的基础上,反映出在人类活动影响下水源地的脆弱性和生态环境的安全度,较为全面地反映出水源地的安全状况。
(3)本文对新颁布实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)和原有的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)进行了较深入的比对和分析,有针对性地提出了新标准实施后新的水源地安全评价体系建立的问题,并通过较深入地研究,构建了较完善的新的评价体系。
(4)饮用水水源地安全评价是一项系统工程,涉及诸多因素,除上述四个因素外还涉及工程技术、建设管理、运行管理等方面。因此,饮用水水源地安全评价指标还有待于进一步完善和探讨。
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(下转第121页)
102
(2)工程构造原因分析
对集水沟与右坡脚进行工程勘察时发现,原设置排水管直接埋置于护坡浆砌石基础(反滤体)以下的土体之中(即泉眼与排水管之间无反滤设施,见图7),由于浆砌石砂浆浆液下渗,大放脚底部及外侧砾石垫层多处已凝结为块状,阻塞了渗水出流,随着库水位的增高,周边地下水位相应抬高,坝下游右岸原有泉水得到补充,达到一定高度(压力)后直接从下游薄弱部位排出,出现
带泥现象。
图7 下游右岸坡脚原反滤设施示意图
3 结论及建议
3.1 结论
(1)右坝肩地下水的流向由西南流向东北,即:右岸上游塬区流向坝下游岸坡,水位线在塬区平缓,岸边陡峭;地下水在塬区受农田灌溉和区域地下水侧向补给,排泄方向垂向岸边。水库建成投运后,随着坝前水位升高,库水向两岸补给,使岸边地下水位升高,水量增大,形成了新的地下水渗流网。
(2)右坝肩地下水位与库水位的变化密切相关。(3)通过示踪检测、钻孔取样试验、地下水位观测,未发现明显的渗漏通道。
(4)原设置排水管直接埋置于护坡浆砌石基础(反滤体)以下的土体之中(即泉眼与排水管之间无反滤设施,见图7),由于浆砌石砂浆浆液下渗,大放脚底部及外侧砾石垫层多处已凝结为块状,阻塞了渗水出流,随
着库水位的增高,周边地下水位相应抬高,坝下游右岸原有泉水得到补充并变大,达到一定高度(压力)后直接从下游薄弱部位排出,出现带泥现象。
3.2 建议
1)化学示踪检测结果还表明,右坝肩岩体渗流速度(0.44～1.05cm/s)远远大于设计值(1×10-4cm/s),渗透性很强。水库蓄水以来,右坝肩地下水水位与库水位关系密切,防渗墙前后的渗流水头坡降平缓、均匀(见图8),防渗墙未起到截渗效果。为了确保水库安全运行,建议采用混凝土截渗墙方案,尽快彻底解决右坝肩透水层及岩体渗透性强的地质问题。
2)拆除原集水沟,清除集水沟与护坡大放脚之间泥土,重新回填反滤料,恢复集水沟及沟内排水管。
3)对于反滤体上有浆砌石保护的工程,在施工时,应特别注意砌石砂浆下渗,凝结反滤体使之失效。
4)在布设坝肩渗流监测设施时,除应注意纵向(坝上、下游)渗流外,还应注意横向,即坝肩两岸的地下水
影响情况。
图8 库水位-右坝肩地下水位关系图
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